Stratosfäärin äkillinen lämpeneminen

Merkitys ilmakehässä

Vaikka SSW esiintyy kymmeniä kilometrejä maanpinnan yläpuolella stratosfäärissä, sen vaikutukset voivat levitä alas troposfääriin ja vaikuttaa koko maanosien säämalleihin.

Heikentämällä tai siirtämällä polaaripyörrettä SSW voi vaikuttaa suihkuvirran voimakkuuteen, sijaintiin ja mutkitteluun ja siten aiheuttaa pitkittyneitä kylmiä kausia, epätavallisia myrskykierteitä tai pitkittyneitä leutoja jaksoja häiriön luonteesta riippuen.

SSW:n tutkiminen on ratkaisevan tärkeää kausittaisten sääennusteiden laatimisen, talven ääri-ilmiöiden ymmärtämisen ja stratosfäärin ja troposfäärin dynamiikan välisen kytkennän tulkinnan kannalta.

Polaaripyörre ja perusolosuhteet

Polaaripyörre on suuri kylmän ilman syklinen kiertokulku, joka muodostuu napojen ylle talvella. Normaalitilanteessa polaaripyörre on voimakas, pyöreä ja rajoittuu polaariseen stratosfääriin, jolloin erittäin kylmä ilma pysyy tehokkaasti napojen yläpuolella ja sää pysyy suhteellisen vakaana keskileveysasteilla.

Sitä ympäröi kiertosuihku, joka erottaa kylmän polaarisen ilman alempien leveysasteiden lämpimämmästä ilmasta. Tämän pyörteen voimakkuus ja vakaus muodostavat perusviivan, jota vasten stratosfäärin äkillinen lämpeneminen tapahtuu.

Kun SSW häiritsee pyörrettä, se voi heikentyä, jakautua tai siirtyä pois napa-alueelta, jolloin kylmä napa-ilma pääsee alemmille leveysasteille ja muuttaa normaaleja säämalleja.

Stratosfäärin äkillisen lämpenemisen mekanismi

SSW-ilmiön laukaisee tyypillisesti ilmakehän laajamittaisten aaltojen, usein Rossby-aaltojen, eteneminen troposfääristä stratosfääriin.

Kun nämä aallot saavuttavat stratosfäärin, ne voivat voimistaa ja vääristää napapyörrettä ja siirtää energiaa ja vauhtia, jotka heikentävät vallitsevia länsituulet.

Joissakin tapauksissa pyörre voi jakautua kahdeksi tai useammaksi pienemmäksi pyörteeksi tai se voi siirtyä keskipolaarisesta sijainnistaan. Pyörretuulten äkillinen hidastuminen tai kääntyminen aiheuttaa ilman vajoamisen ja tiivistymisen, mikä aiheuttaa nopean lämpötilan nousun stratosfäärissä.

Prosessi etenee tyypillisesti vain muutaman päivän aikana, vaikka sen vaikutukset pintasäähän voivat kestää viikkoja. Lämpenemisen ajoitus, laajuus ja alueellinen rakenne riippuvat saapuvien planeetta-aaltojen voimakkuudesta, napapyörteen ennakkotilasta ja vuorovaikutuksesta muiden ilmakehän piirteiden, kuten suihkuvirran ja troposfäärin painejärjestelmien, kanssa.

Äkillisen stratosfäärin lämpenemisen tyypit

Meteorologit erottavat toisistaan kaksi ensisijaista SSW-tapahtumatyyppiä:

• Siirtotapahtumat: Polaaripyörre työntyy pois napa-alueelta, mutta pysyy suurelta osin koskemattomana, mikä lähettää kylmää ilmaa kohti matalampia leveyspiirejä ja saattaa muuttaa suihkuvirtauksen mallia.
• Jaetut tapahtumat: Pyörre pirstoutuu kahdeksi tai useammaksi pienemmäksi pyörteeksi, jolloin kylmä napa-ilma pääsee leviämään etelään useiden alueiden yli.

Split-ilmiöillä on yleensä laajempia ja äärimmäisempiä vaikutuksia keskisen leveyspiirin säähän kuin siirtymäilmiöillä.

SSW-tyypin ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, jotta voidaan ennakoida siitä johtuvia sääpoikkeamia ja niiden alueellista jakautumista.

Vaikutukset pintasäähän

SSW-ilmiöiden eteneminen alaspäin voi muuttaa merkittävästi pohjoisen pallonpuoliskon pintasäätä.

• Kylmän ilman puhkeaminen: Kun polaaripyörre heikkenee tai jakautuu, jäinen polaarinen ilma voi siirtyä keskileveysalueille, mikä johtaa ankariin talviolosuhteisiin Euroopassa, Pohjois-Amerikassa ja Aasiassa.
• Suihkuvirtauksen häiriöt: Tämä voi aiheuttaa syviä kaukaloita ja harjuja, jotka muuttavat myrskyjen ja sadejärjestelmien reittejä.
• Pitkittyneet poikkeavuudet: Toisin kuin tyypilliset synoptiset sääilmiöt, SSW:n aiheuttamat muutokset voivat kestää viikkoja, vaikuttaa useisiin sääjaksoihin, pidentää kylmiä jaksoja ja lisätä äärimmäisten sateiden todennäköisyyttä.
• Vuorovaikutus muiden ilmastomallien kanssa: SSW voi olla vuorovaikutuksessa Pohjois-Atlantin värähtelyn tai arktisen värähtelyn kaltaisten ilmiöiden kanssa ja vahvistaa tai lieventää niiden vaikutuksia alueelliseen säähän.

Yleisyys ja maantieteelliset mallit

Suuria äkillisiä stratosfäärin lämpenemisiä tapahtuu pohjoisella pallonpuoliskolla suunnilleen joka toinen talvi, mutta pienempiä lämpenemisiä tapahtuu useammin.

Pohjoisen pallonpuoliskon suhteellisen heikompi ja vähemmän vakaa napapyörre tekee siitä alttiimman planetaaristen aaltojen aiheuttamille häiriöille, minkä vuoksi SSW-ilmiöitä voi esiintyä jonkin verran säännöllisesti Euraasian ja Pohjois-Amerikan yllä.

Sitä vastoin eteläisellä pallonpuoliskolla esiintyy paljon vähemmän SSW-ilmiöitä, koska Etelämantereen polaaripyörre on voimakkaampi, pyöreämpi ja suurelta osin eristyksissä voimakkaasta planetaarisesta aaltotoiminnasta.

Kun SSW esiintyy eteläisellä pallonpuoliskolla, se on yleensä vähemmän voimakas ja sillä on pienempi vaikutus pintasäähän, mutta se antaa silti arvokasta tietoa polaarisen stratosfäärin dynamiikasta.

Merkitys ennustamisen ja ilmaston ymmärtämisen kannalta

SSW-ilmiöt ovat sekä ilmastotutkimuksen että operatiivisten ennusteiden keskeinen kohde. SSW-ilmiöiden alkamisen ja tyypin ennustaminen voi parantaa pitkän aikavälin sääennusteita, erityisesti talven lämpötilan ääriarvojen ja myrskymallien osalta.

Ne tarjoavat myös tietoa stratosfäärin ja troposfäärin välisestä kytkennästä, napapyörteen dynamiikasta ja tavoista, joilla laajamittaiset ilmakehän aallot vaikuttavat globaaliin liikkeeseen.

SSW:n ymmärtäminen auttaa ymmärtämään laajemmin, miten polaariset prosessit voivat aiheuttaa sään ääri-ilmiöitä alueilla kaukana navoista.

Miten stratosfäärin äkillinen lämpeneminen muokkaa talvi-ilmastoa?

Stratosfäärin äkillinen lämpeneminen aiheuttaa nopean häiriön polaarisessa stratosfäärissä, jolla on kerrannaisvaikutuksia maailmanlaajuiseen säähän.

Heikentämällä tai siirtämällä napapyörrettä SSW-ilmiöt voivat muuttaa suihkuvirtauskuvioita, ohjata myrskyn kulkureittejä ja aiheuttaa pitkiä äärimmäisen kylmiä tai epätavallisia sääjaksoja.

Niiden tutkiminen on välttämätöntä talvi-ilmaston vaihtelun ymmärtämiseksi, vakavien tapahtumien ennustamiseksi sekä stratosfäärin ja troposfäärin välisten monimutkaisten vuorovaikutussuhteiden tutkimiseksi.

SSW-ilmiöt toimivat pohjimmiltaan korkealla sijaitsevina säämallien ohjaajina, mikä osoittaa, että maapallon ilmakehän eri kerrosten välillä on syviä yhteyksiä.